נוקלאופרוטאינים: מבנה, פונקציות ודוגמאות - ביולוגיה - 2025

Nucleoprotein הוא כל סוג של חלבון הקשור מבנית עם חומצות גרעין - או RNA (חומצה ריבונוקלאית) או DNA (חומצה דאוקסיריבונוקלאית). הדוגמאות הבולטות ביותר הן ריבוזומים, נוקלאוזומים ונוקלאוקפסידים בנגיפים.

עם זאת, כל חלבון הנקשר ל- DNA לא יכול להיחשב נוקלאופרוטאין. אלה מאופיינים ביצירת קומפלקסים יציבים, ולא בקשר חולף פשוט - כמו החלבונים המתווכים את סינתזת ה- DNA והשפלות, אשר מתקשרים בין רגע לרגע וקצר.

היסטונים הם סוג של נוקלאופרוטאין בולט. מקור: אססיה, מתוך ויקימדיה Commons

תפקידי הנוקלאופרוטאינים משתנים באופן נרחב, ותלויים בקבוצה הנלמדת. לדוגמא, תפקידם העיקרי של היסטונים הוא דחיסת ה- DNA לנקלעוזומים, ואילו ריבוזומים משתתפים בסינתזה של חלבונים.

מִבְנֶה

באופן כללי, נוקלאופרוטאינים מורכבים מאחוז גבוה של שאריות חומצות אמיניות בסיסיות (ליזין, ארגינין והיסטידין). לכל נוקלאופרוטאין יש מבנה מסוים משלו, אך כולם מתכנסים להכיל חומצות אמינו מסוג זה.

ב- pH פיזיולוגי, חומצות אמינו אלה טעונות באופן חיובי, המעדיפות אינטראקציות עם מולקולות של חומר גנטי. בשלב הבא נראה כיצד מתרחשות אינטראקציות אלה.

אופי האינטראקציה

חומצות גרעין מורכבות עמוד שדרה של סוכרים ופוספטים, המעניקות להם מטען שלילי. גורם זה הוא המפתח להבנת האופן שבו נוקלאופרוטאינים מתקשרים עם חומצות גרעין. הקשר הקיים בין חלבונים לחומר גנטי מתייצב על ידי קשרים לא קוולנטיים.

כמו כן, בעקבות העקרונות הבסיסיים של האלקטרוסטטיקה (חוק קולומב) אנו מגלים שמטענים של סימנים שונים (+ ו -) מושכים זה את זה.

המשיכה בין המטענים החיוביים של החלבונים והמטענים השליליים של החומר הגנטי מעוררת אינטראקציות לא ספציפיות. לעומת זאת, צמתים ספציפיים מתרחשים ברצפים מסוימים, כמו RNA ריבוזומלי.

ישנם גורמים שונים המסוגלים לשנות את האינטראקציות בין החלבון לחומר הגנטי. בין החשובים ביותר הם ריכוזי המלחים, המגבירים את חוזק היונים בתמיסה; פעילי שטח יונוגניים ותרכובות כימיות אחרות בעלות אופי קוטבי, כגון פנול, פורממיד, בין היתר.

סיווג ופונקציות

נוקלאופרוטאינים מסווגים לפי חומצת הגרעין שאליה הם קשורים. כך נוכל להבחין בין שתי קבוצות מוגדרות היטב: deoxyribonucleoproteins ו- ribonucleoproteins. באופן הגיוני, ה- DNA היעד הקודם, וה- RNA האחרון.

Deoxyribonucleoproteins

התפקיד הבולט ביותר של deoxyribonucleoproteins הוא דחיסת ה- DNA. התא עומד בפני אתגר שנראה כמעט בלתי אפשרי להתגבר עליו: מתפתל כראוי כמעט שני מטרים של DNA לתוך גרעין מיקרוסקופי. ניתן להשיג תופעה זו בזכות קיומם של נוקלאופרוטאינים המארגנים את הגדיל.

קבוצה זו קשורה גם לתפקודים רגולטוריים בתהליכי שכפול, תעתיק DNA, רקומבינציה הומולוגית, בין היתר.

ריבונוקלאופרוטאינים

ריבונוקלאופרוטאינים, מצדם, ממלאים פונקציות חיוניות, הנעות בין שכפול של DNA לוויסות ביטוי הגנים ווויסות המטבוליזם המרכזי של RNA.

הם קשורים גם לפונקציות הגנה, מכיוון ש- RNA של מסנג'ר לעולם אינו חופשי בתא, מכיוון שהוא נוטה לשפלות. כדי להימנע מכך, סדרה של ריבונוקלאופרוטאינים מקשרת למולקולה זו במתחמי הגנה.

אנו מוצאים אותה מערכת בנגיפים, המגנים על מולקולות ה- RNA שלהם מפני פעולת אנזימים העלולים לבזות אותה.

דוגמאות

היסטונים

היסטונים תואמים את מרכיב החלבון של הכרומטין. הם הבולטים בקטגוריה זו, אם כי אנו מוצאים גם חלבונים אחרים הקשורים ל- DNA שאינם היסטונים, והם כלולים בקבוצה גדולה הנקראת חלבונים שאינם היסטון.

מבחינה מבנית, הם החלבונים הבסיסיים ביותר בכרומטין. ומבחינת השפע הם פרופורציונליים לכמות ה- DNA.

יש לנו חמישה סוגים של היסטונים. סיווגו התבסס, באופן היסטורי, על תוכן חומצות אמינו בסיסיות. שיעורי ההיסטון כמעט בלתי משתנים בקרב הקבוצות האוקריוטיות.

שימור אבולוציוני זה מיוחס לתפקיד העצום שממלאים ההיסטונים בייצורים אורגניים.

במקרה שהרצף המקודד לכל שינוי היסטון, האורגניזם יתמודד עם השלכות חמורות, שכן אריזת ה- DNA שלו תהיה פגומה. לפיכך, הבחירה הטבעית אחראית לחיסול הגרסאות הלא פונקציונליות הללו.

בין הקבוצות השונות, השמורים ביותר הם היסטונים H3 ו- H4. למעשה, הרצפים זהים באורגניזמים זה מזה, מבחינה פילוגנטית, כפרה ואפונה.

ה- DNA מסתלסל עצמו למה שמכונה אוקטמר היסטון, ומבנה זה הוא הגרעין - הרמה הראשונה של הדחיסה של חומר גנטי.

פרוטמינים

פרוטמינים הם חלבונים גרעיניים קטנים (אצל יונקים הם מורכבים מפוליפפטיד של כמעט 50 חומצות אמינו), המאופיינים בכך שהם בעלי תכולה גבוהה של שאריות חומצות האמינו ארגינין. התפקיד העיקרי של פרוטמינים הוא להחליף היסטונים בשלב האפולואידי של הזרע.

הוצע כי סוגים אלה של חלבונים בסיסיים הם בעלי חשיבות מכרעת לאריזה וייצוב ה- DNA בגמאט הגברי. הם נבדלים מההיסטונים בכך שהם מאפשרים אריזה צפופה יותר.

אצל בעלי חוליות נמצאו בין 1 ל -15 רצפי קידוד לחלבונים, כולם מקובצים על אותו כרומוזום. בהשוואה לרצף עולה כי הם התפתחו מהיסטונים. הנחקרים ביותר ביונקים נקראים P1 ו- P2.

ריבוזומים

הדוגמה הבולטת ביותר לחלבונים הנקשרים ל- RNA היא בריבוזומים. הם מבנים הקיימים כמעט בכל היצורים החיים - מחיידקים קטנים ועד יונקים גדולים.

לריבוזומים יש את התפקיד העיקרי של תרגום המסר RNA לרצף חומצות אמינו.

מדובר במכונה מולקולרית מורכבת ביותר, המורכבת מ- RNA אחד או יותר RNA ומערכת חלבונים. אנו יכולים למצוא אותם חופשיים בתוך ציטופלזמה התאית, או אחרים המעוגנים בתכנית האנדופלסמטית הגסה (למעשה, המראה "המחוספס" של תא זה נובע ריבוזומים).

ישנם הבדלים בגודל ובמבנה של ריבוזומים בין אורגניזמים אוקריוטיים לפרוקריוטים.

הפניות

1. בייקר, ת"א, ווטסון, ג'יי.די, בל, SP, גאן, א., לוסיק, מ.א. ולוין, ר. (2003). ביולוגיה מולקולרית של הגן. חברת הוצאת בנימין-קאמינגס.
2. בלהורן, ר '(2007). משפחת הפרוטמין של חלבוני זרע גרעיניים. ביולוגיה של גנום, 8 (9), 227.
3. Darnell, JE, Lodish, HF, and Baltimore, D. (1990). ביולוגיה מולקולרית של התא. ספרים מדעיים אמריקאיים.
4. ג'ימייז גרסיה, LF (2003). ביולוגיה תאית ומולקולרית. פירסון חינוך ממקסיקו.
5. לוין, ב '(2004). גנים ח. פירסון פרנטיס הול.
6. Teijón, JM (2006). יסודות הביוכימיה המבנית. טבר עורך.